部分CIMMYT小麦种质的耐盐性鉴定与评价

宫文萍，李洪振，付希强，李豪圣，韩 冉，刘 成,4，刘建军

(1.山东省农业科学院作物研究所/农业部黄淮北部小麦生物学与遗传育种重点实验室/小麦玉米国家工程实验室，山东济南 250100； 2.武城县农业局，山东武城 253300； 3.山东汇邦渤海农业开发有限公司，山东东营 257090； 4.山东师范大学生命科学学院，山东济南 250100)

土壤盐渍化已成为影响农业生产的全球化问题，是作物减产的重要原因之一[1]。据统计，中国盐渍化和次生盐渍化土壤约3.6×107hm2，主要分布在东北、西北、华北和沿海地区[2]，其中，滨海地区因海水入侵、水盐运移等的影响，土壤盐渍化现象尤为突出，盐渍土壤面积约占全国盐渍土壤总面积的7%。环渤海地区的滩涂和盐碱荒地约6.8×105hm2，是中国主要的盐碱地分布区域，其中黄河三角洲地区有近50%的土地存在不同程度的土壤盐渍化现象[3]。盐碱地和盐渍化土壤制约大部分农作物生产，使其更难以发挥高产潜力。除对盐碱地进行改良利用外，培育耐盐新品种也是解决土壤盐渍化的有效措施。种质资源是培育新品种的物质基础，筛选耐盐性强的种质资源，对选育耐盐小麦品种具有重要意义。

小麦是中国最重要的粮食作物之一，但耐盐小麦种质资源匮乏，严重阻碍了小麦耐盐品种的选育进展。20世纪40年代以来，众多研究团队通过多种耐盐鉴定方法分别对普通小麦品种、地方品种、国外引进品种、高代品系、小麦与远缘材料杂交后代和诱变突变体等材料进行大量筛选，获得了部分耐盐材料[4-9]。为进一步丰富小麦耐盐种质的遗传多样性，发掘小麦耐盐资源，本研究对引自国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)的417份小麦种质进行了耐盐性研究，以盐害指数、根系盐害易感指数(salt sensitive index，SSI)和相对苗长的隶属综合函数值为评价指标，从供试材料中筛选综合耐盐性较强的小麦种质，以期为定位小麦耐盐位点、发掘和克隆小麦耐盐基因提供研究材料。

1 材料与方法

1.1 试验材料

417份CIMMYT小麦种质均由中国农业科学院作物科学研究所何中虎研究员引进并惠赠；青麦6号(QM6)为耐盐对照品种，由青岛农业大学穆平教授惠赠。

1.2 芽期耐盐性鉴定

试验设计和相对盐害指数的计算方法在文献[10]的基础上略作修改。设1个对照和1个处理，各重复3次。每重复均挑选50粒饱满无损伤的种子用0.1% HgCl2消毒10 min，灭菌水冲洗2次后置于铺有2层滤纸的培养皿，处理组培养皿中加入10 mL灭菌去离子水配置的2.0% NaCl溶液，对照组培养皿加入10 mL灭菌去离子水，然后置于25 ℃恒温箱，在光、暗处理各12 h的条件下培养7 d。相对盐害指数是指对照与盐处理种子平均发芽率的差值占对照种子平均发芽率的百分比，相对盐害指数越小，种子耐盐能力越强。小麦芽期耐盐级别参考《小麦种质资源描述规范和数据标准》[11]，相对盐害指数<20%、20%～40%、40%～60%、60%～80%和>80%分别属于高耐盐、耐盐、中度耐盐、盐害敏感和盐害高度敏感材料。

1.3 苗期耐盐性鉴定

1.4 耐盐性的综合评价

采用Microsoft Excel 2007软件计算小麦总根长、根表面积、根体积、根尖数的SSI值以及盐害指数和相对苗长的耐盐隶属函数值，计算耐盐隶属函数综合值，并采用SPSS 16.0软件进行聚类分析和差异显著性分析，采用with-group linkage(组内连接聚类法)和squared Euclidean distance(欧式距离平方)[12-13]进行聚类分析。

耐盐隶属函数计算公式：X(u) =(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

X(u) = 1-(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(2)

其中，X为参试材料的某一指标测定值，Xmax、Xmin分别为所有品种中此指标的最大值和最小值。若所用指标与耐盐性呈正相关，采用(1)式计算；反之，则采用( 2)式计算。

2 结果与分析

2.1 芽期耐盐性鉴定结果

以耐盐品种青麦6号为对照，用2.0%的NaCl对417份小麦种质进行芽期耐盐性鉴定。结果显示，高耐盐、耐盐、中度耐盐、盐害敏感和盐害高度敏感小麦种质分别有4、90、195、89和39份，分别占鉴定小麦种质总数的0.9%、21.5%、46.8%、21.3%和9.4%。其中，青麦6号的相对盐害指数为35%，表现为高耐盐[11]；相对盐害指数低于青麦6号的小麦种质有39份(表1)，占鉴定种质资源总数的9%。方差分析显示，39份小麦种质中，cm58、cm163、cm439、cm440和cm538的芽期耐盐性显著高于青麦6号(P<0.05)。

表1 39份芽期初选种质在苗期的耐盐性表现Table 1 Salt tolerance of the 39 wheat accessions at seedling stage

2.2 苗期耐盐性鉴定结果

对39份小麦种质的根系进行测定分析，结果显示，其总根长、根表面积、根体积和根尖数分别为20.0～42.16 cm、4.19～8.05 cm2、0.07～0.12 cm3和6.00～25.00条，相应SSI值分别为0.66～1.13、0.55～1.19、0.44～1.49和0.42～1.17，其中，cm103的总根长SSI值、根体积SSI、根表面积SSI值、根尖数SSI值均显著低于对照(表1)，说明cm103的苗期耐盐性显著优于青麦6号。

39份小麦种质在正常生长条件下的苗长为14.2～21.5 cm，盐胁迫下的苗长为11.1～17.6 cm，相对苗长为0.67～0.91(表1)。其中，青苗6号的相对苗长为0.84，且cm49、cm293、cm430和cm472的相对苗长显著大于青麦6号。

2.3 苗期根系耐盐指标的相关性分析与主成分分析

对39份小麦种质和青麦6号苗期根系的4个SSI耐盐性评价指标进行相关性分析，结果显示，4个SSI指标两两间均呈显著正相关(表2)，说明这4个指标提供的耐盐信息交叉重叠，需要进一步通过主成分分析进行判断。主成分分析结果显示，总根长SSI值在主成分中的作用最大，贡献率为83.07%(表3)，因此，总根长SSI值可作为根系耐盐指标用于材料耐盐性综合评价。

表2 苗期根系耐盐指标的相关系数Table 2 Correlation coefficients of salt tolerance index at seedling stage

表3 苗期根系主成分的特征值和贡献率Table 3 Eigen value and contribution rate of root principal components at seedling stage

2.4 综合耐盐性聚类分析

综合总根长SSI值、盐害指数、相对苗长的隶属函数综合值进行聚类分析，结果表明，在欧氏距离平方值为20时，可以将39份小麦种质的综合耐盐性划分为3类(图1)：Ⅰ类，综合耐盐性低于青麦6号的小麦种质25份；Ⅱ类，综合耐盐性与青麦6号相似的小麦种质10份；Ⅲ类，综合耐盐性高于青麦6号的小麦种质4份，材料编号分别为cm58、cm163、cm439、cm440，是改良现有小麦品种耐盐性的优良资源。

3 讨 论

3.1 小麦耐盐性种质的筛选

为获得小麦耐盐种质资源，国内学者对不同来源的小麦品种、高代品系以及诱变突变体等材料进行了筛选与鉴定。马雅琴等[6]对引自美国的28份春小麦种质进行耐盐性鉴定，筛选获得2个具有推广应用潜力的耐盐材料。王萌萌等[7]对882份小麦品种资源进行耐盐性初步鉴定，筛选出芽期和苗期均达到中度耐盐的品种43份。乔佩等[8]对3个小麦突变体进行耐盐性评价，发现突变体 CAO8113K的耐盐性优于其他小麦材料。霍 鹏等[14]对116份国内外春小麦品种(系)进行苗期耐盐性鉴定，筛选出7份苗期耐盐性较好的小麦材料。郭 超等[15]对7份美国优质冬小麦品种进行耐盐性筛选，获得2份高耐盐小麦品种。虽然有关耐盐小麦品种筛选鉴定的研究较多，但用于国内小麦耐盐性品种培育的小麦种质资源依然有限。本研究以引自国际玉米小麦改良中心的春小麦为试验材料，从中筛选获得综合耐盐性优于对照青麦6号的小麦种质4份，分别为cm58、cm163、cm439和cm440，这些小麦种质均可作为耐盐主效基因位点发掘和耐盐小麦新品种培育的优异种质，值得深入研究。

图1 39份小麦种质的芽期和苗期综合耐盐性聚类分析

3.2 小麦耐盐性综合评价

植株的发芽率、生长形态，包括幼苗根长、苗长等是植物对盐胁迫适应能力的综合体现。在小麦耐盐鉴定指标选择方面，张巧凤等[9]选择相对盐害指数、相对根长和相对苗长作为鉴定指标对293份小麦种质的芽期和苗期的耐盐性进行了鉴定；乔 佩等[8]选择发芽率、发芽指数、芽长、相对根/苗长和芽/根鲜(干)重等作为鉴定指标对诱变小麦种质芽期和苗期的耐盐性进行鉴定；曹俊梅等[16]选择根长、叶长等指标对11份小麦品种苗期的耐盐性进行了鉴定；于 亮等[17]在苗期选择出苗率、相对株高、相对根长作为耐盐性检测指标。综合前人研究发现，小麦根部耐盐性形态研究主要选择相对根长为主要鉴定指标，且一般选择主根。杨 婷等[18]研究发现，非盐胁迫下侧根长和侧根数较盐胁迫下分别增加了206.2%和 237.8%。本研究利用LA-S植物根系分析仪扫描植株根系，认为总根长、根体积、根表面积和根尖数4个指标可用于鉴定苗期耐盐性，所测总根长不但包括主根长还包含所有侧根长，能从根的整体形态上分析其耐盐性，其结果更具代表性和说服力。另外，将作物干旱胁迫易感指数[19-20]引入小麦耐盐鉴定试验，作为小麦盐胁迫鉴定指标，有效鉴定了小麦苗期盐胁迫程度。

20世纪40年代以来，国内外学者探索使用单一指标分析法和多个指标综合分析法对小麦耐盐性进行评价。单一指标分析法是采用单一指标，例如盐害指数[5,10]、相对盐害率[7]等方法评价小麦的耐盐性。该方法因筛选指标单一具有快速便捷的优点，适用于大量材料的初级筛选，但不能全面评价小麦的耐盐性。多个指标综合分析法主要包括指标排序法[21]、打分法[22]、隶属函数法[9,23]和主成分分析法[23]等。目前被广泛应用的有隶属函数法和主成分分析法，这2种方法的联合使用能有效避免因评价指标之间的相关性而造成耐盐性评价存在偏差，使耐盐性评价更全面[23]。本研究先通过相对盐害指数对417份材料进行快速初步筛选，获得39份芽期耐盐性较好的材料，然后运用主成分分析法将总根长SSI值作为根系耐盐性的唯一指标，最后，将总根长SSI值、相对盐害指数和相对苗长的隶属函数综合值作为耐盐评价综合指标，对39份小麦种质进行聚类分析，从中筛选鉴定出了4个综合耐盐性较好的小麦材料，为改良现有小麦品种的耐盐性提供了资源。